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TWI449581B - 鉀／鉬複合金屬粉末、粉末摻合物及其產物及用於生產光伏電池之方法 - Google Patents

鉀／鉬複合金屬粉末、粉末摻合物及其產物及用於生產光伏電池之方法 Download PDF

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TWI449581B
TWI449581B TW100124236A TW100124236A TWI449581B TW I449581 B TWI449581 B TW I449581B TW 100124236 A TW100124236 A TW 100124236A TW 100124236 A TW100124236 A TW 100124236A TW I449581 B TWI449581 B TW I449581B
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Michael Carducci
Carl Cox
Christopher Michaluk
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Climax Engineered Mat Llc
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Description

鉀/鉬複合金屬粉末、粉末摻合物及其產物及用於生產光伏電池之方法 參考相關申請案
本申請案係對於2010年7月9日提申的美國臨時專利案No. 61/363,051作權利主張，該案的揭示整體合併於本文中以供參考。
技術領域
本發明係概括有關於含鉬材料及塗覆物，且更特別有關於適合使用在光伏電池製造中之鉬塗覆物。
 發明背景
鉬塗覆物係為該技藝所熟知並可藉由廣泛不同應用中之多種不同製程被施加。鉬塗覆物之一應用係在於生產光伏電池。更確切來說，高效率多晶薄膜光伏電池之一類型係涉及一包含CuInGaSe2 之吸收劑層。此等光伏電池通常依構成吸收劑層的元素而被稱為“CIGS”光伏電池。在一常見結構中，CuInGaSe2 吸收劑層係被形成或「生長」於一其上沉積有一鉬膜之鈣鈉玻璃基材上。有趣的是已經發現來自鈣鈉玻璃基材擴散經過鉬膜之少量的鈉係可用來提高電池的效率。譬如請見瑞馬南商(K. Ramanathan)等人的Photovolt. Res. Appl. 11(2003)，225；思高菲(Scofield)等人的第24屆IEEE光伏專家會議會議紀錄(Proc. of the 24th IEEE Photovoltaic Specialists Conference)，IEEE，紐約，1995，164-167。雖然在使CIGS電池沉積在鈣鈉玻璃基材上之結構中自動地實現此等效率增益，已經證實若是採用其他型基材則顯著更難以實現效率增益。
譬如，很有興趣將CIGS電池形成於撓性基材上使電池可製成較輕並可易於符合多種不同形狀。雖然此等電池已被製造並被使用，所涉及的撓性基材並不含鈉。因此，製作在此等基材上之CIGS電池的效能可藉由以鈉摻雜鉬層而改良。譬如請見尹載皓(Jae Ho Yun)等人的薄固體膜(Thin Solid Films)，515，2007，5876-5879。
 發明概要
根據本發明的一實施例之一用於生產一複合金屬粉末之方法係可包含：提供鉬金屬粉末的一供應；提供一鉀化合物的一供應；使鉬金屬粉末及鉀化合物與一液體組合以形成一漿體；將漿體饋送至一熱氣體流內；及收回複合金屬粉末。亦揭露根據此製程所生產之一複合金屬粉末。
用於生產一複合金屬粉末之另一實施例係可包含：提供鉬金屬粉末的一供應；提供一鉬酸鉀粉末的一供應；使鉬金屬粉末及鉬酸鉀粉末與水組合以形成一漿體；將漿體饋送至一熱氣體流內；及收回複合金屬粉末。亦揭露根據此製程所生產之一複合金屬粉末。
亦揭露一用於生產一金屬物件之方法，其包含：藉由下列項目產生一複合金屬粉末的一供應：提供鉬金屬粉末的一供應；提供一鉀化合物的一供應；使鉬金屬粉末及鉀化合物與一液體組合以形成一漿體；將漿體饋送至一熱氣體流內；及收回複合金屬粉末；及鞏固複合金屬粉末以形成金屬物件，該金屬物件包含一鉀/鉬金屬基質。亦揭露根據此方法所生產之一金屬物件。
根據本文所提供的教示之一用於生產一光伏電池的方法係可包含：提供一基材；沉積一鉀/鉬金屬層於基材上；沉積一吸收劑層於鉀/鉬金屬層上；及沉積一接面伙伴層於吸收劑層上。
一用於沉積一鉀/鉬膜於一基材上之方法係可包含：提供一包含鉬及鉀的複合金屬粉末之一供應；及藉由熱噴灑使複合金屬粉末沉積於基材上。另一用於沉積一膜於一基材上之方法係可包含：濺鍍一包含一鉀/鉬金屬基質之靶材，來自靶材的經濺鍍材料形成鉀/鉬膜。另一用於塗覆一基材之方法係可包含：提供包含鉬及鉀的複合金屬粉末之一供應；及蒸鍍複合金屬粉末以形成一鉀/鉬膜。一用於塗覆一基材之方法係可包含：提供一包含鉬及鉀的複合金屬粉末之一供應；使複合金屬粉末的供應混合於一載體，及藉由印刷將複合金屬粉末及載體的混合物沉積於基材上。
根據一實施例之一用於生產一金屬物件的方法係可包括：提供一鉀/鉬複合金屬粉末的一供應；在充分壓力下壓實鉀/鉬複合金屬粉末以形成一預成形物件；將預成形物件放置在一經密封容器中；將經密封容器的溫度升高至一低於鉬的一燒結溫度之溫度；及使經密封容器受到一均力壓力一段足以將物件密度增加至理論密度的至少約90%之時間。亦揭露根據此製程所生產之一金屬物件。
另一用於生產一金屬物件之方法係可包括：提供一鉀/鉬複合金屬粉末的一供應；在充分壓力下壓實鉀/鉬複合金屬粉末以形成一預成形物件；將預成形物件放置在一經密封容器中；將經密封容器的溫度升高至一低於鉬酸鉀的熔點之溫度；及使經密封容器受到一均力壓力一段足以將物件密度增加至理論密度的至少約95%之時間。
圖式簡單說明
本發明的說明性及目前較佳的示範性實施例係顯示於圖中，其中：第1圖是可用來生產一鉀/鉬複合金屬粉末之基本製程步驟的一實施例之示意圖；第2圖是描繪用於處理複合金屬粉末混合物的方法之製程流程圖；第3圖是一具有一鉀/鉬金屬層的光伏電池之放大橫剖視圖；第4圖是鉀/鉬複合金屬粉末產物的一第一樣本部分之500x的掃描電子顯微照片；第5a圖是鉀/鉬複合金屬粉末產物的一第二樣本部分之掃描電子顯微照片；第5b圖是能量散佈性x射線光譜術所產生之光譜圖，顯示第5a圖影像中之鉀的散佈；第5c圖是能量散佈性x射線光譜術所產生之光譜圖，顯示第5a圖影像中之鉬的散佈；第6圖是脈衝燃燒噴灑乾燥裝備的一實施例之示意圖；第7圖是一光伏電池的另一實施例之放大橫剖視圖，其具有一形成於一鉬金屬層上之鉀/鉬金屬層；第8a圖是一容器及預成形金屬物件之分解立體圖；第8b圖是一含有該預成形金屬物件之經密封容器的立體圖；第9圖是可根據範例製程所生產之一金屬物件的圖示；及第10圖是一用於生產一鉀/鉬乾摻合物粉末的方法之製程流程圖。
 較佳實施例的詳細描述
特別將其揭示整體合併於本文以供參考之名稱為“鈉/鉬複合金屬粉末、其產物、及用於生產光伏電池之方法”的美國專利申請案公告No. 2009/0181179係描述吾人先前關於鈉/鉬複合金屬粉末的工作成果。更確切來說，該專利申請案係描述鈉/鉬複合金屬粉末，如何製造該等粉末，及鈉/鉬複合金屬粉末可如何在CIGS裝置的製造中用來增高其效率。添加其他IA族鹼金屬諸如鉀(K)及鋰(Li)等應亦導致CIGS裝置中類似的效率增益，如名稱為“具有黃銅礦吸收劑層之太陽能電池”之發證予普若柏斯特(Probst)等人的美國專利案No. 5,626,688中所說明。添加一IA族鹼金屬亦可能能夠鈍化CIGS裝置中的瑕疵。
本發明係有關於IA族鹼/鉬複合金屬粉末及粉末摻合物，用於製造複合金屬粉末及粉末摻合物之方法，及複合金屬粉末及粉末摻合物可如何在CIGS裝置的製造中用來提高其效率。預知性及工作範例係涉及從各種不同鉀化合物、包括鉬酸鉀來生產鉀/鉬複合金屬粉末及粉末摻合物。亦提供涉及適合作為濺鍍靶材之金屬物件的生產之預知性及工作範例。濺鍍靶材可用來在CIGS裝置的製造中沉積經鉀摻雜的鉬金屬塗覆物。
現在請參照第1圖，一用於生產一鉀/鉬複合金屬粉末產物12之噴灑乾燥製程或方法10係可包含提供一鉬金屬粉末14的一供應及一鉀化合物16-例如鉬酸鉀(K2 MoO4 )粉末-的一供應。鉬金屬粉末14及鉬酸鉀粉末16係組合於一液體18，諸如水，以形成一漿體20。漿體20可隨後譬如藉由一脈衝燃燒噴灑乾燥器22被噴灑乾燥，藉以生產鉀/鉬複合金屬粉末12。
主要參照第2圖，噴灑乾燥製程10所產生之鉀/鉬複合金屬粉末12係可以其收回現狀或“濕胚(green)”形式作為一給料24被使用於多種不同製程及應用中，本文顯示並描述其中多者，一般熟習該技術者將在熟悉本文提供的教導之後得知其他者。或者，“濕胚”複合金屬粉末12可譬如藉由燒結26、藉由分類28、或其組合在作為給料24之前被進一步處理。
鉀/鉬複合金屬粉末給料24(譬如處於“濕胚”形式或經處理形式)可使用於一熱噴灑沉積製程30中藉以將一鉀/鉬膜32沉積於一基材34上，如第3圖清楚顯示。此等鉀/鉬膜32可充分利用於廣泛不同應用中。譬如，且如下文更詳細地描述，鉀/鉬膜32係可構成一光伏電池36的一部分並可用來改良光伏電池36的效率。一替代性沉積製程中，複合金屬粉末12亦可用來作為一列印製程38中的一給料24，其亦可用來形成一經列印的鉀/鉬膜或塗覆物32’於基材34上。又另一替代方式中，複合金屬粉末12可用來作為一蒸鍍製程39中的一給料24以沉積一經蒸鍍的鉀/鉬膜或塗覆物32”。
再另一實施例中，複合金屬粉末給料24-再度處於其“濕胚”形式或其經處理形式-可在步驟40中被鞏固藉以產生一金屬產物42，諸如一濺鍍靶材44。金屬產物42可直接從鞏固40“依現狀”作使用。或者，經鞏固產物可譬如藉由燒結46作進一步處理，在該例中，金屬產物42將包含一經燒結的金屬產物。在金屬產物42包含一濺鍍靶材44(亦即處於一經燒結形式或一未燒結形式)之案例中，濺鍍靶材44可使用於一濺鍍沉積裝備(未圖示)中，藉以沉積一經濺鍍的鉀/鉬膜32’’’於基材34上。請見第3圖。
現在參照第4及5a-c圖，鉀/鉬複合金屬粉末產物12係包含複數個本身係為較小顆粒集結物之概呈球形顆粒。並且，且如第5a-c圖所顯示，鉀高度地散佈於鉬內。亦即，本發明的鉀/鉬複合粉末不只是鉀金屬粉末與鉬金屬粉末的組合，而是包含被融合或集結在一起之鉀及鉬次顆粒的實質均質性散佈物或複合混合物。
根據本文所提供教導的鉀/鉬金屬複合粉末12亦為高密度，具有位於約1.5g/cc至約3g/cc範圍中的史考特密度(Scott densities)。鉀/鉬複合金屬粉末12在適當篩選或分類之後亦為可流動。
本發明的一顯著優點在於：鉀/鉬複合金屬粉末產物12提供習見方法原本難以達成之鉬及鉀的一組合。並且，即便鉀/鉬複合金屬粉末12包含一粉末狀材料，其不只是鉀及鉬顆粒的一混合物。而是，複合粉末12包含含有實際上被融合在一起的鉀及鉬之次顆粒，使得粉末狀金屬產物12的個別顆粒係包含鉀與鉬兩者。為此，根據本發明包含鉀/鉬複合粉末12之粉末狀給料24不能分離成(譬如由於特定比重差異)鉀顆粒及鉬顆粒。尚且，由於此等沉積製程並不仰賴各有不同沉積速率之分離的鉬及鉀之共同沉積，從複合金屬粉末12所形成的金屬物件(譬如42)、暨從鉀/鉬複合金屬粉末12或金屬物件42所產生的塗覆物或膜(譬如32、32’、32”及32’’’)係將具有類似於鉀/鉬金屬粉末12或物件42的組成物之組成物。
除了與提供一複合金屬粉末產物12的能力相關聯之優點-其中鉀高度且均勻地散佈於鉬中-以外，鉬酸鉀不同於鉬酸鈉-並不具有水合形式。因此，相較於從鈉/鉬複合金屬粉末形成的物件而言，從本文描述的鉀/鉬複合金屬粉末12所形成之經加壓或壓實的物件42可能較不易具有破裂及可能隨時間而產生的其他結構性問題。
另外其他優點係與本發明的鉀/鉬複合金屬粉末12的較高密度及可流動性(亦即篩選後)相關聯。高密度及可流動性將容許鉬酸鉀複合金屬粉末12易於使用在廣泛不同的熱噴灑沉積裝備及相關聯製程中以將鉀/鉬膜或塗覆物沉積在不同基材上。粉末12亦應可使用在廣泛不同的鞏固製程中，諸如冷及熱均力加壓製程、暨加壓與燒結製程。良好可流動性(亦即篩選後)將容許本文所揭露的粉末易於充填模具腔穴，而高密度則用來減少後續燒結期間可能發生的元件收縮。可依意願藉由在一惰性大氣中或氫中加熱來達成燒結，藉以進一步降低壓實物的氧含量。
另一實施例中，鉀/鉬複合金屬粉末12可用來形成濺鍍靶材44，濺鍍靶材44隨後可使用在後續濺鍍沉積製程中以形成鉀/鉬膜及塗覆物。一實施例中，此等鉀/鉬膜可用來增高CIGS型光伏電池的能量轉換效率。
簡短描述本發明的鉀/鉬複合金屬粉末12之後，現在將詳細地描述其生產方法、及其可如何用來生產基材上的鉀/鉬塗覆物或膜、複合粉末的不同實施例、暨用於生產及使用複合粉末之方法。
現在主要請再參照第1圖，一用於生產鉀/鉬複合粉末12之方法10係可包含提供鉬金屬粉末14的一供應及IA族鹼金屬或金屬化合物16的一供應。一IA族鹼金屬或金屬化合物16的範例係包括鉀、鉀化合物、鋰、及鋰化合物。其他實施例可涉及諸如鈉及/或鈉化合物、鉀及/或鉀化合物、鋰及/或鋰化合物等IA族鹼金屬化合物的一混合物。
鉬金屬粉末14可包含一具有位於約0.1μm至約15μm範圍的顆粒尺寸之鉬金屬粉末，但亦可採用具有其他尺寸的鉬金屬粉末14。適合使用於本發明中的鉬金屬粉末係商業上可購自克力蒙科思鉬業(Climax Molybdenum)，隸屬於福瑞波特-麥克夢容(Freeport-McMoRan)公司。或者，亦可採用得自其他來源且由其他製程產生的鉬金屬粉末。譬如，另一實施例中，鉬金屬粉末14可包含噴灑乾燥式鉬金屬粉末。又另一實施例中，鉬金屬粉末14可包含一具有高密度且連帶具有低燒結溫度之鉬金屬粉末，諸如可汗(Khan)等人名稱為“鉬金屬粉末”的美國專利案No. 7,625,421中所描述的任一者，該案的整體揭示內容係特別被合併於本文中以供參考。
在IA族鹼金屬或金屬化合物16將包含鉀的範例中，可使用鉬酸鉀(K2 MoO4 )。或者，可使用其他形式的鉀，包括但不限於元素鉀，氧化鉀(K2 O)，及氫氧化鉀(KOH)。鉬酸鉀(K2 MoO4 )可以水性形式提供並可方便地用來生產本文所描述的漿體。或者，亦可使用粉末形式的鉬酸鉀作為鉀化合物16。若使用一粉末形式，鉬酸鉀粉末的顆粒尺寸在使用水作為液體18的實施例中並非特別重要，原因是鉬酸鉀可溶於水中。適合使用於本發明中之鉬酸鉀粉末係商業上購自美國科羅拉多州布隆菲德的AAA鉬產品公司(AAA Molybdenum Products,Inc.)。或者，亦可使用得自其他來源的鉬酸鉀粉末。
在IA族鹼金屬或金屬化合物16將包含鋰的範例中，則可使用鉬酸鋰(Li2 MoO4 )。或者，可使用其他形式的鋰，譬如包括氫氧化鋰(LiOH)，碳酸鋰(Li2 CO3 )，及氧化鋰(Li2 O)。
在包含諸如鈉與鉀的一組合等IA族鹼金屬化合物的一混合物之實施例中，則可使用鉬酸鈉(Na2 MoO4 )及鉬酸鉀(K2 MoO4 )的一混合物。吾人相信：從鉬酸鈉及鉬酸鉀的一混合物製成之一複合金屬粉末將提供與鈉及鉀兩者相關聯的優點。譬如，從鈉-鉀/鉬複合金屬粉末製成的濺鍍靶材44所製造之CIGS型光伏電池係可展現典型地與鈉存在相關聯之效率增益，而濺鍍靶材44本身則可呈現與鉀存在相關聯之利益，如本文所描述。
鉬金屬粉末14及IA族鹼金屬或金屬化合物16(譬如鉬酸鉀)可與一液體18混合以形成一漿體20。一般來說，液體18可包含去離子水，但亦可採用諸如醇類、揮發性液體、有機液體、及其各種不同混合物等其他液體，如同一般熟習該技術者在熟悉本文提供的教導後所將明瞭。因此，本發明不應視為侷限於本文所描述的特定液體18。除了液體18外，亦可使用一固著劑48，但未必需要添加一固著劑48。
適合使用於本發明中的固著劑48係包括但不限於：聚乙烯醇(PVA)，數種聚乙二醇的任一者(譬如以註冊商標卡柏威斯(Carbowax)的變異例銷售)、及其混合物。固著劑48可在添加鉬金屬粉末14及鉬酸鉀16之前與液體18混合。或者，固著劑48可被添加至漿體20，亦即在鉬金屬14及鉬酸鉀16與液體18組合之後。
漿體20可包含從約15重量%至約25重量%的液體(譬如，單獨只有液體18，或液體18組合有固著劑48)，其餘則包含鉬金屬粉末14及IA族金屬或金屬化合物16。可以適合對於複合金屬粉末12及/或最終產物提供所想要“保留”鉀量之數量來添加IA族金屬或金屬化合物16(譬如鉬酸鉀)。因為所保留鉀量將依據廣泛範圍的因素而改變，本發明不應視為侷限於以任何特別數量提供鉀化合物16。
可能影響將在漿體20中所提供的鉀化合物16量之因素係包括但不限於：所將生產的特定產物，可採用的特定“下游”製程，譬如，依據鉀/鉬複合金屬粉末12是否後續將被燒結而定，且依據所保留理想鉀量是位於粉末給料(譬如24)中抑或是位於一經沉積膜或塗覆物(譬如32、32’、32”、32’’’)中而定。範例中，鉬金屬14及鉬酸鉀16的混合物可包含從約1重量%至約31重量%的鉬酸鉀16。然而，譬如在其中鉀/鉬複合金屬粉末12隨後將被壓實成一濺鍍靶材44之特定應用中，較佳為將漿體20中的鉬酸鉀16量侷限至不大於約10重量%、且更佳不大於約9重量%，藉以降低將在濺鍍靶材44製造期間形成破裂的可能性。整體來說，隨後，漿體20可包含從約0重量%(亦即無固著劑)至約2重量%的固著劑48。漿體20的其餘部分可包含鉬金屬粉末14(譬如介於從約52重量%到約84重量%之量)及鉬酸鉀16(譬如介於從約1重量%到約31重量%之量)。
在涉及IA族鹼金屬的組合之實施例、諸如由鉬酸鈉及鉬酸鉀的組合製成之一漿體中，鉬酸鹽化合物(譬如鉬酸鈉及鉬酸鉀)的合併總量對於涉及單一鹼的金屬化合物的漿體應該大約相同。譬如，在一其中漿體20鉬酸鈉及鉬酸鉀之實施例中，可以約5重量%的量添加鉬酸鈉。同樣地，可以約5重量%的量添加鉬酸鉀。或者，可使用其他比例，如同一般熟習該技術者在熟悉本文提供的教導之後所將瞭解。因此，本發明不應被視為侷限於漿體20或最終經噴灑乾燥的複合粉末產物12中之鈉及鉀的任何特定比例。
製備之後，漿體20可藉由該技術此時習知或未來可發展之廣泛範圍的製程之任一者被噴灑乾燥，藉以產生複合金屬粉末產物12。因此，本發明不應被視為侷限於任何特定乾燥製程。然而，一實施例中，漿體20可在一脈衝燃燒噴灑乾燥器22中被噴灑乾燥。脈衝燃燒噴灑乾燥器22可屬於小拉潤克(Larink,Jr.)名稱為“金屬粉末及其生產方法”的美國專利案7,470,307號中所顯示及描述的類型，該案的整體揭示內容係特別合併於本文中以供參考。
現在參照第1及6圖，漿體20可被饋送至脈衝燃燒噴灑乾燥器22，其中此時漿體20係衝擊一個以音速或接近音速脈動之熱氣體流50。熱氣體50的音速脈衝係接觸於漿體20並驅除構成漿體20的水及揮發性組份的實質全部以形成複合金屬粉末產物12。脈動的熱氣體50流之溫度可位於約300℃至約800℃的範圍中，諸如約465℃至約537℃，且更佳約500℃。脈動的熱氣體50流之溫度係低於漿體20中之鉬的熔點，但可能接近於、或甚至略微高於漿體20中所含有之IA族鹼金屬或金屬化合物的熔點。然而，漿體20通常並未足夠長久地接觸於熱氣體50以將一顯著量的熱量轉移至漿體20，其因為鉀及一些鉀化合物的低熔點而具有顯著意義。譬如，一典型實施例中，係估計漿體20在接觸於脈動的熱氣體50流期間概括被加熱至位於約93℃至約121℃範圍中之一溫度。
如上文提及，脈動的熱氣體50流可由一屬於該技藝熟知且可容易購得類型之脈衝燃燒系統22產生。脈衝燃燒系統22可包含屬於美國專利案No. 7,470,307所顯示及描述類型之一脈衝燃燒系統。現在參照第6圖，燃燒空氣51可以低壓力被饋送(譬如泵送)經過一入口52進入脈衝燃燒系統22的外殼54內，此時其流過一單向空氣閥56。空氣隨後進入一經調整的燃燒室58，其中經由燃料閥或埠60添加燃料。燃料-空氣混合物隨後由一先導件62點燃，而生成一脈動的熱燃燒氣體64流，其可被加壓至多種不同壓力，譬如位於燃燒扇壓力之上約15kPa(約2.2psi)至約20kPa(約3psi)的範圍中。脈動的熱燃燒氣體64流係衝下尾硬管66前往霧化器68。恰在霧化器68上方，淬火空氣70可被饋送經過一入口72且可與熱燃燒氣體64摻合藉以達成具有所想要溫度之一脈動的熱氣體50流。漿體20經由霧化器68被導入脈動的熱氣體50流內。經霧化的漿體隨後散佈於圓錐形出口74中且隨後進入一習見高形式乾燥室(未圖示)。在進一步下游處，複合金屬粉末產物12可利用諸如旋風器及/或袋濾屋(亦未圖示)等標準收集設備被收回。
在脈衝式操作中，空氣閥56係被循環開啟及關閉以交替讓空氣進入燃燒室58內並關閉以供其燃燒。此循環作用中，空氣閥56可恰在先前燃燒回合之後對於一後續脈衝被重新開啟。重新開啟則容許一後續空氣充填(譬如，燃燒空氣51)進入。燃料閥60隨後重新接納燃料，且混合物在燃燒室58中自動點燃，如上述。可以例如從約80Hz到約110Hz的不同頻率、但亦可使用其他頻率，來控制開啟及關閉空氣閥56及以脈動方式在室58中燃燒燃料的此循環。
可由本文所描述的脈衝燃燒噴灑乾燥製程生產之“濕胚”鉀/鉬複合金屬粉末產物12係顯示於第4圖並包含本身係為較小顆粒集結物之複數個概呈球形顆粒。鉀高度地散佈於鉬內，故粉末產物12係包含融合在一起之鉀及鉬次顆粒的一實質均質性散佈物或複合混合物。請見第5a-c圖。
可根據本文提供的教導所產生之複合金屬粉末產物12係包含廣泛範圍的顆粒尺寸，及具有從約1μm到約150μm尺寸的顆粒，例如，從約5μm到約75μm的尺寸可容易由本文提供的下列教導所產生。當然，亦可產生具有這些範圍外的尺寸之小比例部分的顆粒。複合金屬粉末產物12可依意願在步驟28(第2圖)被篩選或分類，以依意願提供一具有較窄尺寸範圍及增高的可流動性之產物12。
鉀/鉬複合金屬粉末12具有高密度且應在適當篩選/分類28之後具相當可流動性。譬如，根據本文提供的教導所產生之複合金屬粉末產物12係可展現位於約1.5g/cc至約3g/cc範圍中的史考特密度(Scott densities，亦即視密度)，一特定粉末範例展現約2.7g/cc的史考特密度，如表III所記錄。
特定案例中，液體(譬如，液體18及/或固著劑48，若使用的話)的殘留量可被保留在所產生的“濕胚”複合金屬粉末產物12中。若如此的話，任何保留的液體18可藉由一後續燒結或加熱步驟26被(譬如部份或完全地)驅除。請見第2圖。加熱或燒結製程26應以一中等溫度執行藉以驅除液體組份及氧。範例中，可以約500℃至約1050℃的一範圍內之溫度執行加熱26，但採用較高溫度較可能降低最終複合金屬粉末產物12中所保留的鉀量。加熱26期間可能失去部分的鉀，其將降低經燒結或給料產物24中的保留鉀量。由加熱26所導致之任何預期鉀損失皆可藉由增加提供至漿體20的鉀量予以補償。
若欲執行此加熱26，一般而言較佳但非必要係在一氫大氣中執行此加熱26藉以將複合金屬粉末12的氧化降至最低。保留的氧應為低量值、對於包含約31重量%的鉀之漿體係小於約9%，一特定粉末範例展現約1.7重量%的保留氧位準，再度如表III所記錄。
金屬粉末產物的集結物預期即便在加熱步驟26之後仍保留其形狀(譬如實質呈球形)。因此，鉀/鉬複合金屬粉末12的可流動性預期不受到任何可執行的此加熱26所影響。
如上述，部分案例中，多種不同尺寸的集結產物可預期在乾燥製程期間產生，且可能欲進一步將複合金屬粉末產物12分離或分類成為一具有位於一所想要產物尺寸範圍內的尺寸範圍之金屬粉末產物。譬如，許多實施例中，所生產的大部分複合金屬粉末材料將包含一廣泛範圍(譬如從約1μm至約150μm)中的顆粒尺寸，其中一實質量的產物位於約5μm至約75μm(亦即，-200美國網目)的範圍中。
其一製程係可產生位於此產物尺寸範圍中之一實質百分比的產物；然而，可能具有其餘產物，特別是較小產物，位於可經由系統被收回之所想要產物尺寸以外，但將再度須添加液體18(譬如水)以生成一適當漿體組成物。此收回作用係為一選用性的替代(或額外)步驟。
複合金屬粉末12係可以其收回現狀或“濕胚(green)”形式作為一給料24被使用於多種不同製程及應用中，本文顯示並描述其中數者，一般熟習該技術者將在熟悉本文提供的教導之後得知其他者。或者，“濕胚”複合金屬粉末產物12可在作為給料24之前譬如藉由加熱或燒結26、藉由分類28、及/或其組合被進一步處理，如同上文所描述。
鉀/鉬複合金屬粉末12可使用於不同裝備及製程中以將鉀/鉬膜沉積於基材上。一應用中，此等鉀/鉬膜可充分利用於光伏電池的製造中。譬如，已知若容許鈉擴散至一般用來形成光伏電池的一歐姆接觸之鉬層內，則可增高CIGS光伏電池的能量轉換效率。除了鈉外，諸如鉀及鋰等其他IA族鹼金屬應導致類似的效率增益。
現在參照第3圖，一光伏電池36可包含一基材34，其上可沉積一鉀/鉬膜32、32’、32”、32’’’。基材34可包含基一廣泛範圍的基材之任一者，諸如不銹鋼、撓性多晶膜(flexible poly films)、或適合或將適合此等裝置之該技藝此時習知或未來可發展的其他基材材料。一鉀/鉬膜32、32’、32”、32’’’隨後可藉由該技藝習知或未來可發展之廣泛範圍的製程之任一者被沉積在基材34上，但在部分形式中利用鉀/鉬複合金屬粉末材料12。譬如，且如下文進一步詳述，鉀/鉬膜可藉由熱噴灑沉積、藉由列印、藉由蒸鍍、或藉由濺鍍被沉積。
在鉀/鉬膜(譬如32、32’、32”、32’’’)沉積於基材34上之後，一吸收劑層76可沉積於鉀/鉬膜上。範例中，吸收劑層76可包含選自下列各物組成的群組之一或多者：銅，銦，鎵，及硒。吸收劑層76可藉由適合或將適合於預定應用之該技藝所習知或未來可發展的廣泛範圍方法之任一者被沉積。因此，本發明不應視為侷限於任何特定的沉積製程。
接著，一接面伙伴層78可沉積在吸收劑層76上。接面伙伴層78可包含選自下列各物組成的群組之一或多者：硫化鎘及硫化鋅。最後，一透明傳導氧化物層80可沉積在接面伙伴層78上以形成光伏電池36。接面伙伴層78及透明傳導氧化物層80可藉由適合或將適合於沉積這些材料之該技藝所習知或未來可發展的廣泛範圍製程及方法之任一者被沉積。因此，本發明不應視為侷限於任何特定的沉積製程。
其他實施例中，鉀/鉬膜(譬如32、32’、32”、32’’’)可被併入具有其他結構性組態的CIGS光伏電池內。譬如，亦已知根據一覆材(superstrate)組態來建構CIGS光伏裝置，其中相較於基材組態，該電池結構被倒置或逆轉，其為一剛才描述之範例。多接面組態亦為習知且亦可從本發明的教導獲益。然而，因為用於CIGS光伏裝置之不同類型的結構、組態、及製造技術係為該技藝所習知(但排除了將鉀/鉬膜設置於與主動層相鄰的一層上)並可容易由一般熟習該技術者在熟悉本發明教導之後所實行，本文將不進一步詳述可用來建構一CIGS光伏電池之特定結構及製造技術。
如上述，鉀/鉬層或膜32、32’、32”、32’’’可藉由廣泛範圍的製程之任一者被沉積。咸信介於從約1原子百分比至約15原子百分比(較佳採用約1至3原子百分比)的鉀濃度範圍將足以提供大部份CIGS型光伏電池中所想要的效率增進。為此，存在於給料材料24中之所保留的鉀可依需要被調整或改變，藉以在所產生的鉀/鉬膜32中提供所想要的鉀位準。一般來說，咸信給料24中介於從約0.3重量%至約11.3重量%之所保留的鉀位準將足以提供鉀/鉬膜32中所想要的鉀增富程度。可在含有從約3重量%至約31重量%鉬酸鉀的漿體20所產生之“濕胚”及經燒結(亦即經加熱)給料材料24中達成此等所保留的鉀位準(譬如從約0.3重量%至約11.3重量%)。
一實施例中，可利用給料材料24藉由一熱噴灑製程30來沉積一鉀/鉬膜32。熱噴灑製程30可利用廣泛多種熱噴鎗的任一者達成並根據廣泛範圍的參數之任一者所操作，藉以將一具有所想要厚度及性質的鉀/鉬膜32沉積在基材34上。然而，因為熱噴灑製程係為該技藝習知且因為一般熟習該技術者將在熟悉本文提供的教導之後能夠利用此等製程，本文將不進一步詳述可利用的特定熱噴灑製程30。
另一實施例中，一鉀/鉬膜32’可利用給料材料24藉由一列印製程38沉積於基材34上。給料材料24可與一適當載體(未圖示)混合以形成一墨水或漆料，可隨後藉由廣泛範圍的列印製程之任一者將該墨水或漆料沉積於基材34上。並且，亦因為此等列印製程係為該技藝熟知並可易由一般熟習該技術者在熟悉本文提供的教導之後所實行，本文不進一步詳述可利用的特定列印製程38。
又另一實施例中，可利用給料材料24藉由一蒸鍍製程39將一鉀/鉬膜32”沉積於基材34上。藉由範例，在一實施例中，蒸鍍製程39係涉及將給料材料24放置在一適當蒸鍍裝備(未圖示)的一坩堝(未圖示)中。給料材料24可以一鬆散粉末、壓錠的形式、或其他鞏固形式、或其任何組合被放置在坩堝中。給料材料24將在坩堝中被加熱直到蒸發為止，其中此時經蒸發材料將沉積於基材34上，而形成鉀/鉬膜32”。
蒸鍍製程39可利用可用來蒸鍍給料材料24並將膜32”沉積於基材34上之該技藝此時已知或未來可發展之廣泛範圍的蒸鍍裝備之任一者。因此，本發明不應視為侷限於配合使用根據任何特定參數所操作之任何特定的蒸鍍裝備。並且，因為此等蒸鍍裝備係為該技術所熟知並可易由一般熟習該技術者在熟悉本文提供的教導之後所實行，本文將不進一步詳述可利用的特定蒸鍍裝備。
又另一實施例中，一鉀/鉬膜32’’’可藉由一濺鍍製程沉積於基材34上。給料材料24將被處理或形成成為一濺鍍靶材44，其隨後被濺鍍藉以形成膜32’’’。可利用該技藝此時已知或未來可發展之廣泛範圍的濺鍍沉積裝備之任一者將膜32’’’濺鍍沉積於基材34上。因此，本發明不應視為侷限於配合使用根據任何特定參數所操作之任何特定濺鍍沉積裝備。並且，因為此等濺鍍沉積裝備係為該技藝所熟知並可易由一般熟習該技術者在熟悉本文提供的教導之後所實行，本文將不進一步詳述可利用的特定濺鍍沉積裝備。
亦可能具有用於將鉀併入CIGS光伏裝置中之再其他的變異及結構。譬如，第7圖所示的另一實施例中，可提供一鉀/鉬膜(譬如132、132’、132”或132’’’)，其未直接位於一基材134上、而是位於設置於基材134上的一鉬金屬層133上。亦即，一具有一“基材”型組態之CIGS光伏電池中，一實質純粹的鉬金屬背接觸層133可直接地設置於基材134上。鉀/鉬膜(譬如藉由本文所描述的各種不同技術所沉積之132、132’、132”或132’’’)隨後可被沉積於鉬金屬背接觸層133上。一吸收劑層176可設置於鉀/鉬膜層(譬如132、132’、132”或132’’’)上，然後為一接面伙伴層178，及一透明傳導氧化物層180，依照已描述方式。此結構將所想要的鉀量提供至吸收劑層176，同時容許利用一實質純粹的鉬金屬背接觸層133。
在一將藉由濺鍍沉積來沉積鉀/鉬膜32’’’、132’’’之實施例中，濺鍍靶材44可包含一可在步驟40中藉由鞏固或形成鉀/鉬複合金屬粉末12而製成之金屬產物42。或者，濺鍍靶材44可由熱噴灑30所形成。若濺鍍靶材44將藉由鞏固40製成，給料材料24在其“濕胚”形式或經處理形式中可在步驟40中被鞏固或形成以產生金屬產物(譬如濺鍍靶材44)。鞏固製程40可包含將適合特定應用的該技藝此時已知或未來可發展之廣泛範圍的壓實、加壓、及形成製程之任一者。因此，本發明不應視為侷限於任何特定的鞏固製程。
鞏固製程40可包含該技藝熟知之廣泛範圍的冷均力加壓製程之任一者或廣泛範圍的熱均力加壓製程之任一者。如同已知，冷及熱均力加壓製程皆概括涉及施加顯著壓力及熱量(在熱均力加壓的案例中)藉以鞏固或形成複合金屬粉末給料材料24成為所想要的形狀。熱均力加壓製程可在890℃或更高溫度執行。
鞏固40之後，所產生的金屬產物42(譬如，濺鍍靶材44)可以“現狀”使用或可作進一步處理。譬如，金屬產物42可在步驟46中被加熱或燒結藉以進一步增高金屬產物42的密度。在一氫大氣中執行此加熱製程46可能是所欲的藉以將金屬產物42變成被氧化之可能性降至最低。一般來說，由於較高溫度可能導致所保留鉀量實質地降低，較佳在低於約1050℃、更佳在低於約825℃的溫度執行此加熱。所產生的金屬產物42亦可依需要或意願在執行工作前被機械加工。不論最終產物42是否被燒結，皆可作此機械加工。
如上述，鉀/鉬複合金屬粉末12可用來形成或生產多種不同的金屬物件42，諸如一濺鍍靶材44。濺鍍靶材44可隨後用來沉積一預期適合以已描述方式使用於光伏電池中之含鉀的鉬膜(譬如膜32’’’、132’’’)。當然，濺鍍靶材44亦可用來沉積含鉀的鉬膜以供其他應用。
其整體揭示特別被合併於本文以供參考之名稱為“鈉/鉬粉末壓實物及其生產方法”的美國專利申請案公開號No. 2009/0188789係描述吾人對於鞏固鈉/鉬複合金屬粉末以形成諸如濺鍍靶材等金屬物件之先前工作結果。可利用類似技術來生產適合製造CIGS裝置之諸如濺鍍靶材等鉀/鉬粉末壓實物。
更特別來說，將欲使任何此等濺鍍靶材44具有一高密度(譬如理論密度的至少約90%)，以減少或消除靶材中出現互連孔隙、將靶材壽命延至最長、並將真空濺鍍室泵降時間降至最低。此等濺鍍靶材44可具有約3重量%的鉀含量及小於約2.5重量%的氧含量。許多應用中，具有約2.5重量%的鉀位準及小於約2.2重量%的氧位準之濺鍍靶材44係將在後續CIGS製造製程中提供良好的結果。並且，濺鍍靶材44對於鉀、氧及鉬應實質具有化學均質性。亦即，鉀、氧及鉬量不應在一靶材44內改變大於約20%。一般亦較佳將使任何此等靶材44對於硬度實質具有物理均質性。亦即，材料硬度不應在一給定靶材44上改變大於約20%。
現在主要參照第2、8a、8b圖，一金屬物件42(第2圖)、諸如一濺鍍靶材44(第2及9圖)係可藉由在足以形成一預成形金屬物件82的充分壓力下壓實一數量的鉀/鉬複合金屬粉末12(亦即作為一給料24)所產生。請見第8a圖。預成形金屬物件82隨後可被置在一適合使用於一熱均力壓機(未圖示)中的容器或形式84中。隨後可譬如藉由將一蓋或蓋件86熔接在形式84上來密封形式84，以生成一經密封容器88。請見第8b圖。蓋件86可設有一流體導管或管90以下文詳述方式容許經密封容器88被排空而將預成形金屬物件82除氣。
用來形成預成形金屬物件82之鉀/鉬複合金屬粉末12(亦即作為一給料24)係可依上述方式以來自脈衝燃燒噴灑乾燥器22的其“收回現狀”或濕胚形式作使用。或者，且已如上文描述，複合金屬粉末12可在作為用於預成形金屬物件82的給料24之前例如藉由加熱26、分類28、及/或其組合被進一步處理。
此外，且不論粉末12是否被加熱(譬如在步驟26)或分類(譬如在步驟28)，大部份案例中應不需先藉由使其接受一低溫加熱步驟來乾燥“濕胚”鉀/鉬複合金屬粉末產物12。然而，依據特定環境而定，可進行濕胚鉀/鉬複合金屬粉末產物12的此低溫乾燥，以移除噴灑乾燥製程之後可能在粉末12中保留之任何殘留濕氣及/或揮發性化合物。粉末12的低溫乾燥亦可提供增高粉末12可流動性之額外優點，若粉末12隨後將被篩選或分類，則這會是有益的方式。當然，若粉末12將根據上述步驟26被加熱，則因為加熱步驟26涉及較高溫度，故不需進行此低溫乾燥製程。
若欲使用一此低溫乾燥製程，則該製程可涉及在一諸如乾空氣等乾大氣中將鉀/鉬複合金屬粉末12加熱至位於約100℃至約200℃範圍中的一溫度且為期一段約2小時及24小時之間的時間。
已經提供具有一適當及/或所想要顆粒尺寸範圍的給料材料24(譬如處於其“濕胚”形式或經乾燥形式)之後，包含給料24之鉀/鉬複合金屬粉末12隨後可被壓實以形成預成形物件82。若待生產的金屬物件42將包含一濺鍍靶材44，預成形物件82可包含一概呈圓柱形體部，如第8a圖清楚顯示，但可使用其他形狀或組態。
以本文所描述方式被完全鞏固之後，最終的金屬物件產物42(亦即，此時經鞏固的預成形圓柱體)可隨後被切成複數個碟形段或切片。碟形段或切片可隨後被機械加工以形成一或多個碟形濺鍍靶材44。請見第2及9圖。或者，當然，具有其他形狀及組態、且預定作其他用途之金屬物件42可根據本文提供的教導所產生，如同一般熟習該技術者在熟悉本文提供的教導之後所瞭解。因此，本發明不應視為侷限於具有本文所描述的特定形狀、組態、及預定用途之金屬物件。
一實施例中，預成形物件82可由一單軸壓縮製程所形成，其中給料材料24(第2圖)被置於一圓柱形壓模(未圖示)中且受到軸向壓力藉以壓縮或壓實粉末狀給料材料24使其表現如同一接近固體的團塊。一般來說，位於約69MPa(約5(短)噸每平分吋(tsi))至約1,103MPa(約80tsi)的範圍中之壓實壓力應提供充分的粉末狀給料材料24壓實作用使得所產生的預成形物件82將能夠承受後續處置及處理而不崩解。
另一實施例中，預成形物件82可由一冷均力加壓製程形成，其中給料材料24(第2圖)被置於一適當模具或形式(未圖示)中並受到“冷”均力壓力藉以壓縮或壓實粉末狀給料材料24以形成預成形物件82。位於約138MPa(約10tsi)至約414MPa(約30tsi)的範圍中之均力壓力係應提供充分的壓實作用。
預成形物件82已(譬如藉由單軸加壓、藉由冷均力加壓、或藉由某些其他壓實製程)製成之後，其可以本文描述方式被密封於容器84內、加熱、並受到均力壓力。選用性地，然而，“濕胚”預成形物件82可藉由在將預成形物件82密封於容器84內之前予以加熱而被進一步乾燥。若使用此加熱製程，其將可驅除可能存在於預成形物件82中的任何濕氣或揮發性化合物。此加熱可在一乾燥、惰性大氣(譬如氬)中或者單純在乾空氣中執行。或者，可在一真空中執行此加熱。若使用此選用性加熱步驟，預成形物件82可以位於約100℃至約200℃的範圍中之溫度(偏好採用約110℃)在乾空氣中被加熱一段位於約8小時至約24小時的範圍中的時間(偏好採用約16小時)。或者，預成形物件82可被加熱直到其不表現出額外重量損失為止。
用於生產一金屬物件42(譬如濺鍍靶材44)之製程或方法中的下個步驟係涉及：將預成形物件82放置在一適合使用於一熱均力壓機(未圖示)中之容器或形式84中。請見第8a圖。一實施例中，容器84可包含一概呈中空、圓柱形構件，其尺寸可密切地收納實質呈固體的圓柱形預成形物件82。之後，可譬如藉由將一頂部或蓋件86熔接至形式84而密封形式84，藉以生成一經密封容器88。請見第8b圖。蓋件86可設有一流體導管或管90以容許排空經密封容器88。
包含經密封容器88之各種不同組件(譬如84、86、及90)係可包含適合用於預定應用之廣泛範圍的材料之任一者。然而，應謹慎選擇特定材料以免這些材料可能將不欲的污染物或雜質導入最終的金屬物件產物42(譬如濺鍍靶材44)內。利用本文所述的鉀/鉬粉末12作為給料24之實施例中，容器材料可包含軟(亦即低碳)鋼或不銹鋼。任一案例中，使得形式84及蓋件86的內部部分襯墊有一障壁材料以抑制雜質從形式84及蓋件86擴散可能為有益，特別是若其由低碳鋼製成尤然。一適當的障壁材料係可包含鉬箔(未圖示)，但可採用其他材料。
預成形金屬物件82已放置在容器88內之後，可選用性地藉由將管90連接至一適當真空泵(未圖示)予以除氣，以將容器88排空並移除容器88或金屬物件82內所可能含有的任何不欲的濕氣或揮發性化合物。容器88可在排空製程期間被加熱以輔助除氣製程。雖然除氣製程期間可能施加的真空量及溫度並不特別重要，一實施例中，經密封容器88可被排空至約1毫托耳(millitorr)至約1,000毫托耳(較佳約750毫托耳)範圍中一壓力。一般較佳使得溫度低於鉬的氧化溫度(譬如約395至400℃)。溫度可位於約100℃至約400℃的範圍中，較佳為約250℃的一溫度。真空及溫度可施加為期一段位於約1小時至約4小時的範圍中之時間期間(較佳約2小時)。一旦除氣製程完成，管90可被壓縐或以其他方式密封藉以防止污染物再度進入經密封容器88。
設置於經密封容器88內的預成形金屬物件82隨後可被進一步加熱，同時亦使經密封容器88受到均力壓力。容器88應被加熱至小於鉬粉末組份的最適燒結溫度之一溫度(例如小於約1250℃的一溫度)，同時使其受到均力壓力為期一段足以將預成形金屬物件82密度增高至理論密度的至少約90%之時間。位於約102百萬帕(MPa)(約7.5tsi)至約205MPa(約15tsi)的範圍中且施加一段位於約4小時至約8小時範圍內的時間期間之均力壓力典型地將足以達成理論密度的至少約90%、更佳為理論密度的至少約95%之密度位準。
被加熱及受到均力壓力之後，最終的經壓實物件可從經密封容器88被移除並機械加工成為最終形式。經壓實物件可根據概括適用於鉬金屬的機械加工之技術及程序被機械加工。
如同燃燒氣體分析所決定，可易於獲得約3重量%或更高之金屬物件濺鍍靶材44的鉀濃度。並且顯然地(亦即，對於預定產生用於光伏電池製造之含鉀的鉬膜之濺鍍靶材)，鐵位準應小於約50ppm，即使具有約3重量%的鉀位準亦然。濺鍍靶材44應具有高的純度，一般含有小於約1000ppm的位準之雜質(氧、鉬及鉀除外)。
上文描述係有關於藉由脈衝燃燒噴灑乾燥製程10暨利用複合金屬粉末12作為用於多種不同沉積製程(譬如，熱沉積30、列印38及蒸鍍39)且用於製造金屬物件42的給料24所產生之複合金屬粉末12。然而，特定應用中，可能可以利用或甚至有利地利用乾的經摻合金屬粉末作為用於本文所描述的各種不同製程及金屬物件之給料。
現在主要參照第10圖，一乾摻合鉀/鉬粉末產物212可由一乾摻合製程210產生。如下文更詳細地描述，可利用乾摻合製程210，藉由僅改變與鉬金屬粉末混合之IA族鹼金屬或金屬化合物的量，即可對於乾摻合粉末產物212提供任何所想要量的IA族鹼金屬或金屬化合物(譬如鉬酸鉀)、或鹼金屬化合物的組合(譬如鉬酸鈉及鉬酸鉀)。一般來說，因為製程210不侷限於IA族金屬或金屬化合物(譬如鉬酸鉀)在包含漿體的液體中之最大可溶性，相較於一經噴灑乾燥的產物12，可在最終的乾粉末摻合產物212中提供更高位準的IA族鹼金屬(譬如鉬酸鉀，單獨存在或與鉬酸鈉摻合)。然而應注意：所產生的乾粉末摻合物212將不同於經噴灑乾燥粉末產物12。亦即，雖然經噴灑乾燥粉末產物12包含含有被融合或集結在一起的鉀及鉬次顆粒之一實質均質性散佈物或複合混合物，乾粉末摻合物212將包含鉬金屬及鉬酸鉀粉末的一簡單混合物或組合。儘管如此，可能有有利地利用乾粉末摻合物212之應用及環境。
乾摻合製程210可包含提供一鉬金屬粉末214的一供應及一IA族鹼金屬或金屬化合物粉末216的一供應。然而，並不像第1圖所示的第一實施例10之案例般將兩粉末供應214、216混合在一起形成一漿體，兩粉末供應214、216係以乾形式混合或摻合在一起藉以產生乾摻合粉末產物212。
更確切來說，第10圖所示的配置中，鉬金屬粉末214的供應係可包含上文對於噴灑乾燥製程10所描述類型的一“標準”鉬金屬粉末(亦即，由習見技術產生)。或者，鉬金屬粉末214可包含一經噴灑乾燥的鉬金屬粉末。又另一實施例中，鉬金屬粉末214可包含一具有高密度且合併有低燒結溫度的鉬金屬粉末，諸如發證予可汗(Khan)等人名稱為“鉬金屬粉末”的美國專利案No. 7,625,421所描述之任一者。
依據鉬金屬粉末供應214的顆粒尺寸、暨乾摻合粉末產物212的所想要顆粒尺寸而定，可能需要或想要在步驟219研磨及/或篩選鉬金屬粉末214以產生一所想要的顆粒尺寸。研磨步驟219可包含適合或將適合於特定應用且達成鉬金屬粉末214的所想要顆粒尺寸之該技藝此時習知或未來可發展之廣泛範圍的研磨裝備及方法之任一者。示範性研磨製程係包括噴注研磨、球研磨、及擦耗研磨。
鉬金屬粉末供應214亦可接受一乾燥步驟221藉以移除或驅除可能存在於鉬金屬粉末供應214中的任何濕氣。一般來說，乾燥步驟221應將鉬金屬粉末214加熱至至少約100℃的一溫度，以確保存在的任何濕氣(例如通常為水)皆被驅除。乾燥步驟221可在研磨/篩選步驟219之前或之後執行。或者，乾燥221可甚至在缺乏研磨/篩選步驟219下執行，但可依需要進行經乾燥產物的篩選以產生一具有所想要顆粒尺寸的給料223。
不論鉬金屬粉末供應214是否受到研磨/篩選219、乾燥221或其組合，所產生的鉬金屬粉末係可作為用於下述可用來組合兩粉末的摻合及研磨製程231及233之給料223。
方法210亦涉及提供一IA族鹼金屬或金屬化合物216的一供應。如上文說明，一IA族鹼金屬或金屬化合物216的範例係包括鉀、鉀化合物、鋰及鋰化合物。本文所顯示及描述的特定實施例中，IA族鹼金屬或金屬化合物係包含鉬酸鉀(K2 MoO4 )。IA族鹼金屬或金屬化合物(譬如鉬酸鉀)應以粉末形式提供以利於乾摻合製程。
依據鉬酸鉀粉末供應216的顆粒尺寸、暨乾摻合粉末產物212的所想要顆粒尺寸而定，可能需要或想要在步驟225研磨及/或篩選鉬酸鉀216以產生一所想要的顆粒尺寸。研磨225可包含適合或將適合於特定應用且達成鉬酸鉀216供應的所想要顆粒尺寸之該技藝此時習知或未來可發展之廣泛範圍的研磨裝備及方法之任一者。示範性研磨製程係包括噴注研磨、球研磨、及擦耗研磨。
鉬酸鉀216亦可接受一乾燥步驟227藉以移除或驅除可能存在於鉬酸鉀216中的任何濕氣。乾燥步驟227應以將鉬酸鉀粉末216加熱至至少約100℃的溫度之方式被執行，以確保存在的任何濕氣(例如通常為水)被驅除。乾燥步驟227可在研磨/篩選步驟225之前或之後執行。或者，乾燥227可甚至在缺乏研磨/篩選步驟225下執行，但可依需要進行經乾燥產物的篩選以產生一具有所想要顆粒尺寸的給料229。
不論鉬酸鉀216的供應是否受到研磨/篩選225、乾燥227或其組合，所產生的鉬酸鉀粉末係可作為一用於與鉬金屬粉末給料223組合之給料229。一實施例中，鉬酸鉀粉末給料229(亦即，未經處理，研磨及/或乾燥，可依案例而定)係可藉由在步驟231將其混合或摻合在一起而與鉬金屬粉末給料223組合。摻合231係可包含適合或將適合於所涉及的特定材料之該技藝此時習知或未來可發展之廣泛範圍的摻合或混合裝備及方法之任一者。示範性摻合裝備係包括V-摻合器及紊化器摻合器。
另一實施例中，鉬金屬粉末給料223及鉬酸鉀粉末給料229可藉由在步驟233中研磨而被組合。研磨233可包含廣泛範圍之以媒體為基礎的研磨製程之任一者，包括球研磨及罐研磨。研磨233可執行直到粉末給料223及229已徹底組合為止。研磨233亦可執行直到經組合粉末已達成一所想要的顆粒尺寸為止。
不論是何種用來組合粉末給料223及229的特定製程(譬如摻合231或研磨233)，所產生的經組合粉末可受到一乾燥步驟235藉以移除或驅除可能存在於粉末摻合物中之任何濕氣。乾燥步驟235可執行藉以將粉末摻合物加熱至至少約100℃的溫度以確保任何存在的濕氣(譬如水)被移除。
所產生的乾粉末摻合物212(亦即未經乾燥或經乾燥，依案例而定)可藉由改變與鉬金屬粉末給料223混合-亦即在摻合231或研磨233期間-之鉬酸鉀粉末給料229的量而被方便地提供一所需要鉀量。一般來說，因為製程210不侷限於IA族金屬或金屬化合物(譬如鉬酸鉀)在包含漿體的液體中之最大值可溶性，相較於一經噴灑乾燥產物12而言，可在最終乾粉末摻合產物212中提供較高位準的IA族鹼金屬(譬如鉀)。然而應注意：所產生的乾粉末摻合物212將不同於經噴灑乾燥粉末產物12。亦即，雖然乾粉末摻合物212將包含鉬金屬及鉬酸鉀粉末的一簡單混合物或組合，經噴灑乾燥的粉末產物12將包含被融合或集結在一起的鉀及鉬次顆粒之一實質均質性散佈物或複合混合物。然而，可能有有利地利用乾粉末摻合物212之應用及環境。
除了包含鉬及單一的IA族鹼金屬或金屬化合物之實施例外，本發明的其他實施例可包含鉬及二或更多個IA族鹼金屬或金屬化合物。譬如，另一實施例可涉及包含鉬、鉀、及鈉的粉末。並且，此等粉末可根據本文所描述的噴灑乾燥製程10或乾摻合製程210製成以形成一經噴灑乾燥的粉末產物或一乾摻合粉末產物。所產生的粉末產物(譬如，含有鉬及二或更多個IA族鹼金屬或金屬化合物)可使用於廣泛範圍的應用之任一者。譬如，可以本文對於包含鈉/鉬、鉀/鉬、及鋰/鉬的粉末產物所描述方式，利用含有二或更多個IA族鹼金屬或金屬化合物之此等粉末產物來增進CIGS型光伏電池的效率。
可在被噴灑乾燥(譬如根據製程10)或乾摻合(譬如根據製程210)之前，以本文對於其他實施例所指定形式的任一者提供二或更多個IA族鹼金屬或金屬化合物。一範例實施例中，特定的IA族鹼金屬或金屬化合物可以這些金屬的鉬酸鹽提供。譬如，鉀可以鉬酸鉀提供，而鈉可以鉬酸鈉提供。
對於含有所想要數量的二或更多個IA族鹼金屬或金屬化合物之任何特定粉末產物，應被提供作為前驅物(譬如，作為用於漿體或摻合物之給料)之成份的相對比例係可能依據粉末產物是否包含經噴灑乾燥的粉末產物或乾摻合粉末產物而不同，原因在於其涉及不同物理相態。譬如，比起若粉末產物由乾摻合製程210產生的情形，若所產生的粉末產物係由噴灑乾燥製程10產生則將需要添加更高比例的IA族鹼金屬。
預知性範例-粉末
可根據第1圖所示的噴灑乾燥製程10產生數個粉末批量。經噴灑乾燥的粉末批量可利用鉬金屬粉末14及鉬酸鉀16的各別供應產生，如本文所指定。各種不同比值的鉬粉末及鉬酸鉀可被組合形成各種不同的漿體20。可依需要添加額外量的去離子水，藉以達成根據本文所指定數值的各種不同漿體成份之相對重量百分比。更確切來說，範例漿體20可製備成包含約20重量%的水(亦即液體18)，其餘部分則是鉬金屬粉末及鉬酸鉀。鉬金屬粉末對於鉬酸鉀之比值可以從鉬酸鉀的約1重量%至約31重量%的範圍改變。更確切來說，預知性範例可涉及3、7、15及31重量百分比的鉬酸鉀之量。
漿體20可隨後以本文所描述方式被饋送至脈衝燃燒噴灑乾燥系統22內。脈動熱氣體流50的溫度可被控制在約465℃至約537℃的一範圍內。脈衝燃燒系統22所產生的脈動熱氣體流50將實質地將水從漿體20驅除以形成複合金屬粉末產物12。接觸區及接觸時間應該很短。接觸區可具有約5.1cm級數的長度，且接觸時間可具有0.2微秒的級數。所產生的金屬粉末產物12應包含實質呈固體且具有概呈球形形狀之較小顆粒的集結物。
可藉由進行第10圖所示之乾摻合製程210的步驟以產生數個乾的經摻合粉末批量。更確切來說，可利用一“標準”鉬金屬粉末供應214及一鉬酸鉀粉末供應216產生一第一粉末批量。鉬金屬粉末214的供應可以上述方式被研磨219及乾燥221以形成一經研磨及乾燥的鉬金屬粉末給料223。鉬酸鉀粉末供應216同樣可被研磨225及乾燥227以產生一經研磨及乾燥的鉬酸鉀粉末給料229。兩粉末給料223及229隨後可藉由在步驟231中混合或摻合而被組合。經組合的粉末隨後可被乾燥235藉以產生第一乾摻合粉末產物批量212。
亦可產生一第二乾經摻合粉末產物批量。可藉由遵照上文對於第一乾經摻合粉末批量所描述的製程產生第二乾摻合粉末批量，差異在於兩粉末給料223及229不藉由摻合231被組合，兩粉末給料223及229係藉由研磨233被組合。經組合的粉末可隨後被乾燥235藉以產生第二乾摻合粉末產物批量212。
可利用一“標準”鉬金屬粉末供應214及一鉬酸鉀粉末供應216藉以產生一第三乾經摻合粉末產物批量。鉬金屬粉末214的供應可被乾燥藉以形成一經乾燥的鉬金屬粉末給料223。鉬酸鉀粉末供應216可被研磨225及乾燥227以產生一經研磨及乾燥的鉬酸鉀粉末給料229。兩粉末給料223及229可隨後在步驟231藉由混合或摻合被組合，藉以產生第三乾摻合粉末產物批量212。
可利用諸如上述發證予可汗(Khan)等人的美國專利案No. 7,625,421中所描述的任一者之一高密度、低燒結溫度鉬金屬粉末產生一第四乾摻合粉末產物批量。高密度、低燒結溫度鉬金屬粉末214可被研磨219及乾燥221藉以形成一經研磨及乾燥的鉬金屬粉末給料223。鉬酸鉀粉末供應216同樣可以已描述的方式被研磨225及乾燥227，以產生一經研磨及乾燥的鉬酸鉀粉末給料229。兩粉末給料223及229隨後可藉由混合或摻合231被組合，藉以產生第四乾摻合粉末產物批量212。
預知性範例-金屬物件
複數個金屬物件42(譬如作為濺鍍靶材44)可從第1圖所示的噴灑乾燥製程10所產生之鉀/鉬複合金屬粉末12產生或製成。或者，金屬物件42可從第10圖所示的乾摻合製程210所產生之乾摻合粉末產物212產生或製成。不論所使用的粉末給料是否包含鉀/鉬複合金屬粉末12或乾摻合粉末產物212，用來形成金屬物件42之特定製程可能相同。
製程A中所使用的一預成形金屬物件82係可從經過篩選使顆粒尺寸小於約105μm(-150泰勒(Tyler)網目)的一“濕胚”鉀/鉬複合金屬粉末12形成。一第二預成形金屬物件82可由一已被乾燥及篩選導致具有約53μm至約300μm(-50+270泰勒(Tyler)網目)尺寸範圍顆粒的顆粒混合物之鉀/鉬乾摻合粉末產物212製成。
可用來製造預成形金屬物件82之鉀/鉬複合金屬粉末12及乾摻合粉末212係可在約225MPa(約16.5tsi)至約275MPa(約20tsi)範圍中的一單軸壓力下被冷加壓，以產生預成形的圓柱體(譬如，預成形金屬物件82)。預成形金屬物件82可放置在由廣泛範圍的材料、不銹鋼、襯墊有鉬箔的低碳鋼、及素(亦即末襯墊)碳鋼製成之經密封容器84中。
放入各種不同容器84(譬如由不銹鋼或低碳鋼且襯墊有或未襯墊有鉬箔製成)內之前，預成形圓柱體82可在一乾空氣大氣中被加熱至約110℃之溫度為期一段約16小時的期間，藉以移除已被留存在預成形圓柱體82中之濕氣及/或揮發性化合物的殘留量。經乾燥的圓柱體82隨後可放入其各別容器中並以本文所描述方式密封。經密封容器88隨後可藉由將經密封容器加熱至約400℃的一溫度同時使其受到一動態真空(約750毫托耳)而以本文所描述方式予以除氣。經除氣、經密封容器88可隨後受到約205MPa(亦即14.875tsi)的一均力壓力為期一段約4小時的時間且處於約890℃的一溫度。
所產生的經壓實金屬圓柱體隨後可從經密封容器88被移除、切成碟件，其隨後可被機械加工以形成最終的濺鍍靶材44。第9圖係描繪有可能從鉀/鉬複合金屬粉末產物12產生之一代表性的經機械加工之碟件(亦即濺鍍靶材44)。
可能具有用於以本文所描述的鉀/鉬複合金屬粉末12及/或乾摻合金屬粉末212生產金屬物件之另外其他變異例。譬如，另一實施例中，一經關閉的壓模可充填有鉀/鉬粉末(譬如複合金屬粉末12或乾摻合金屬粉末212)的一供應。隨後可以足堪將所產生的金屬物件之密度增加至理論密度的至少約90%之一溫度及壓力來軸向地壓縮粉末。再另一變異例係可涉及提供鉀/鉬粉末(譬如複合金屬粉末12或乾摻合粉末212)的一供應並壓實粉末以形成一預成形金屬物件。物件隨後可放入一經密封容器中並被加熱至低於鉬酸鉀熔點之一溫度。經密封容器隨後可以足堪將物件密度增加至理論密度的至少約90%之縮減比值(reduction ratio)被擠製。
工作範例-粉末
一範例漿體20係根據本文提供的教導所製備。漿體20隨後被噴灑乾燥(譬如藉由製程10)以產生一示範性複合金屬粉末產物12。第4圖顯示範例複合金屬粉末產物12的一第一樣本部分之掃描電子顯微照片(SEM)。第5a圖顯示該範例複合金屬粉末產物12之一第二樣本部分的掃描電子顯微照片。第5b圖顯示能量散佈性x射線光譜術(EDS)所產生之一對應的光譜圖，其描繪第二樣本部分中之鉀的散佈；而第5c圖則顯示一用於描繪鉬的散佈之EDS光譜圖。示範性複合金屬粉末產物12隨後係被分析，其結果列於表II-IV中。
特別來說，首先將約10kg(22lbs)的液體18與約3.6kg(約8lbs)的鉬酸鉀16組合藉以製備漿體組成物20。此特定範例中，液體18包含去離子水，而鉬酸鉀16包含來自AAA鉬產物公司(AAA Molybdenum Products,Inc.)的一鉬酸鉀粉末，如本文所指定。去離子水18及鉬酸鉀粉末16係混合在一起或摻合為期一段約60分鐘的時間期間，以確保鉬酸鉀粉末16完全溶解於去離子水18中。其後，添加約45kg(100lbs)的鉬金屬粉末14以形成漿體20。鉬金屬粉末包含可得自克力蒙科思鉬公司(Climax Molybdenum Company)的產品“FM1”之鉬金屬粉末。FM1鉬金屬粉末係為一高純度(亦即最小值為99.95%)的鉬金屬粉末，其具有1.8至3.1g/cc的體塊密度規格，大於約3.5g/cc的振實密度規格，及-325US網目的顆粒尺寸分佈規格。所產生的漿體20係被摻合或混合在一起為期60分鐘藉以確保一經良好混合(亦即實質呈均質性)的漿體20。
漿體20隨後以本文描述方式被饋送至脈衝燃燒噴灑乾燥器22內以產生複合金屬粉末產物12。噴灑乾燥器22被操作以提供約84,400kJ/hr(約80,000btu/hr)的一熱量釋放，近似70%的一排放空氣設定點，及約110kPa(約16psi)的一噴嘴空氣壓力。控制漿體20的饋送率以維持約116℃(約240℉)的材料出離溫度。表I提供噴灑乾燥器22的其他操作性參數。
所產生的複合金屬粉末產物12係包含本身是小次顆粒集結物之概呈球形顆粒，如第4圖清楚顯示。部分案例中，較小的次顆粒亦概呈球形，故包含複合金屬粉末產物12之經集結顆粒的特徵係可在於作為“由球體形成的球”之替代方式。
表II提供“生產現狀”複合金屬粉末產物12的篩濾分析。篩濾分析係表明：複合金屬粉末產物12包含介於從約74μm至約37μm的顆粒(譬如約33重量%)，其中一顯著數目的顆粒(譬如約67重量%)具有小於37μm的尺寸。
表III及IV中提供額外的物理特徵及粉末測定結果。更確切來說，表III記錄史考特密度(Scott density)及振實密度。亦提供理論密度以供比較用。表III亦記錄所保留的氧(以重量百分比)。亦以百萬分份數(ppm)基礎記錄氮、碳、及硫含量。
表IV記錄所保留鉀位準(以重量百分比及原子百分比兩者)，如感應耦合式電漿質譜術(ICP)所決定。亦以ppm基礎提供痕量的鐵、鎳、鉻、及鎢，如輝光放電質譜術(GDMS)所決定。
工作範例-金屬物件
以工作範例的鉀/鉬複合金屬粉末12產生複數個金屬物件42(譬如，作為濺鍍靶材44)。簡言之，藉由一冷均力加壓(CIP)製程來壓實複合金屬粉末12以形成一預成形金屬物件82，藉以產生金屬物件42。預成形金屬物件82隨後受到一熱均力加壓(HIP)製程以形成最終的金屬物件或小胚42。金屬物件或小胚42隨後被機械加工以形成複數個碟形或圓盤形濺鍍靶材44。表VI-VIII提供有關於濺鍍靶材44之資料。
特別來說，“濕胚”複合金屬粉末12係藉由冷均力加壓被壓實或鞏固以形成一具有一概呈圓柱形形狀或組態的預成形金屬物件82，如第8a圖清楚顯示。預成形金屬物件82隨後被包繞於鉬箔中且放入一由低碳鋼構成且以本文描述方式被加蓋之容器或罐84中。被放入容器88內之後，預成形圓柱形壓實物82藉由在約800毫托耳的一真空下將其加熱而被除氣。經除氣的容器隨後被密封(譬如藉由壓縐流體導管90)並受到表V所列的溫度及均力壓力排程。
表V中，一往上指的箭頭(亦即↑)係表明：壓力在特定操作期間增加至所陳述壓力。類似地，一往下指的箭頭(亦即↓)係表明：壓力在特定操作期間降低至所陳述的壓力。缺乏箭頭係表明：壓力在操作期間保持實質地恆定。冷卻操作期間，容許壓力隨溫度降低而自然地減小，直到抵達一安全通洩溫度為止，其在此範例中約為120℃(250℉)。
熱均力壓實製程完成之後，從容器84移除金屬物件或小胚42。小胚42隨後被放置在一車床中並被機械加工以產生四(4)個呈現一濺鍍靶材44形式之碟形物件，如下文描述。
從容器84移除之後，請注意小胚42中在接近頂部處具有一裂痕。裂痕具有一圓頂形幾何結構，且小胚42在機械加工製程早期於裂痕處分離。後續分析顯示：裂痕係在初始鞏固製程期間(亦即冷均力加壓製程期間)生成。裂痕隨後容許鉬酸鉀在後續熱均力加壓製程期間集中於裂痕的區域中。然而，該分析並非完全具有定論。儘管如此，且儘管出現裂痕，小胚42的其餘部分在外觀上實質呈均勻並產生四個高品質濺鍍靶材碟件44。碟件44的視覺特徵係在於具有一金屬光澤且呈現均質性。
藉由收集機械加工的不同階段所產生之車削，在不同區位測量小胚42的鉀及痕含量。表VI及VII提供這些分析的結果。更特別來說，表VI列出如藉由ICP所決定之經測量的鉀含量，以重量百分比表示。有趣的是，車削的鉀測定係表明比起用來形成小胚42的複合金屬粉末產物12中所存在的鉀濃度具有更高濃度的鉀。由於以漿體20中所提供的鉬酸鉀量為基礎，從車削所獲得的鉀位準係與應已位於複合粉末產物12中的鉀位準較為一致，故咸信此差異係由於複合粉末產物12的測量誤差所導致。表VI亦包括利用混合物規則(ROM)逼近以來自不同車削的鉀測定為基礎之小胚42的理論密度。
表VII提供對於不同車削之痕量的鈉、鐵、鎳、鉻、鎢及矽，如GDMS所決定，以百萬分份數(ppm)為單位。
表VIII提供以g/cc為單位之不同碟件44的視及理論密度。碟件的視密度介於從8.46至8.51g/cc的密度。利用測量經機械加工的碟件44維度計算出碟件容積，藉以決定表VIII提供的視密度。各個經機械加工的碟件44之所測量質量隨後除以其所測量容積來求出密度。利用混合物規則(ROM)逼近以碟件1與2之間以及碟件3與4之間的車削的鉀分析為基礎，決定出碟件44的理論密度。因此，以混合物規則(ROM)為基礎，碟件44的近似密度係介於從理論的96.1%至96.7%。表VIII亦提供對於鉬的近似密度(以ROM為基礎)。
本文已提供本發明的較佳實施例，可預計對其作適當修改而仍將位於本發明的範圍內。因此本發明將只根據下列申請專利範圍作詮釋。
10．．．噴灑乾燥製程或方法
12．．．鉀/鉬複合金屬粉末
14．．．鉬金屬粉末
16．．．IA族鹼金屬或金屬化合物
18．．．液體
20．．．漿體
22．．．脈衝燃燒噴灑乾燥器
24．．．給料
26．．．燒結或加熱步驟
28．．．篩選/分類
30．．．熱沉積，熱噴灑製程
32,132,132’,132”,132’’’．．．鉀/鉬膜
32’．．．經列印的鉀/鉬膜或塗覆物
32”．．．經蒸鍍的鉀/鉬膜或塗覆物
32’’’．．．經濺鍍的鉀/鉬膜
34,134．．．基材
36．．．光伏電池
38．．．列印製程
39．．．蒸鍍製程
40．．．鞏固步驟
42．．．金屬物件或小胚，金屬產物
44．．．濺鍍靶材
46．．．燒結，加熱製程
48．．．固著劑
50．．．熱氣體流
52,72．．．入口
54．．．脈衝燃燒系統22的外殼
56．．．單向空氣閥
58．．．燃燒室
60．．．燃料閥或埠
62．．．先導件
64．．．脈動的熱燃燒氣體
66．．．尾硬管
68．．．霧化器
70．．．淬火空氣
74．．．圓錐形出口
76,176．．．吸收劑層
78,178．．．接面伙伴層
80,180．．．透明傳導氧化物層
82．．．預成形金屬物件
84,88．．．經密封容器
84．．．容器或形式
86．．．蓋或蓋件
90．．．流體導管或管
133．．．鉬金屬層
210．．．乾摻合製程
212．．．乾摻合鉀/鉬粉末產物
214．．．“標準”鉬金屬粉末供應
216．．．IA族鹼金屬或金屬化合物粉末
219．．．研磨步驟
221,227,235．．．乾燥步驟
223．．．經研磨及乾燥的鉬金屬粉末給料
225．．．研磨/篩選步驟
226．．．鉬酸鉀粉末給料
229．．．經研磨及乾燥的鉬酸鉀粉末給料
231．．．摻合
233．．．研磨
第1圖是可用來生產一鉀/鉬複合金屬粉末之基本製程步驟的一實施例之示意圖；
第2圖是描繪用於處理複合金屬粉末混合物的方法之製程流程圖；
第3圖是一具有一鉀/鉬金屬層的光伏電池之放大橫剖視圖；
第4圖是鉀/鉬複合金屬粉末產物的一第一樣本部分之500x的掃描電子顯微照片；
第5a圖是鉀/鉬複合金屬粉末產物的一第二樣本部分之掃描電子顯微照片；
第5b圖是能量散佈性x射線光譜術所產生之光譜圖，顯示第5a圖影像中之鉀的散佈；
第5c圖是能量散佈性x射線光譜術所產生之光譜圖，顯示第5a圖影像中之鉬的散佈；
第6圖是脈衝燃燒噴灑乾燥裝備的一實施例之示意圖；
第7圖是一光伏電池的另一實施例之放大橫剖視圖，其具有一形成於一鉬金屬層上之鉀/鉬金屬層；
第8a圖是一容器及預成形金屬物件之分解立體圖；
第8b圖是一含有該預成形金屬物件之經密封容器的立體圖；
第9圖是可根據範例製程所生產之一金屬物件的圖示；及
第10圖是一用於生產一鉀/鉬乾摻合物粉末的方法之製程流程圖。
10．．．噴灑乾燥製程或方法
12．．．鉀/鉬複合金屬粉末
14．．．鉬金屬粉末
16．．．IA族鹼金屬或金屬化合物
18．．．液體
20．．．漿體
22．．．脈衝燃燒噴灑乾燥器
48．．．固著劑
50．．．熱氣體流

Claims (25)

  1. 一種用於生產複合金屬粉末之方法，包含：提供鉬金屬粉末的一供應；提供一鉀化合物的一供應；將該鉬金屬粉末及該鉀化合物與一液體組合以形成一漿體；將該漿體饋送至一熱氣體流內；及收回複合金屬粉末，該複合金屬粉末包含一具有鉀及鉬次顆粒的實質均質性散佈物，該等鉀及鉬次顆粒係融合在一起以形成個別顆粒，該鉬金屬粉末及該鉀化合物的組合步驟更包含：增加該鉀化合物至足以能造成該複合金屬粉末包含有從約0.3重量%至約11.3重量%之存留鉀的一數量。
  2. 如申請專利範圍第1項之方法，其中提供一鉀化合物的一供應的步驟包含：提供鉬酸鉀粉末的一供應。
  3. 如申請專利範圍第1項之方法，其中將該漿體饋送至一熱氣體流內的步驟包含：霧化該漿體及使經霧化之該漿體接觸於該熱氣體流。
  4. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該漿體包含約15重量%至約25重量%之間的液體。
  5. 如申請專利範圍第1項之方法，其中將該鉬金屬粉末及該鉀化合物與一液體組合的步驟包含：將該鉬金屬粉末及該鉀化合物與水組合以形成一漿體。
  6. 如申請專利範圍第5項之方法，進一步包含： 提供一固著劑材料的一供應；及將該固著劑材料與該鉬金屬粉末、該鉀化合物、及該水組合，以形成一漿體。
  7. 如申請專利範圍第6項之方法，其中該鉀化合物包含鉬酸鉀，且其中該漿體包含約15重量%至約25重量%之間的液體、約0重量%至約2重量%的固著劑、約1重量%至約31重量%的鉬酸鉀、及從約52重量%至約84重量%的鉬金屬粉末。
  8. 如申請專利範圍第1項之方法，其中更包含提供一鈉化合物的一供應，且其中該組合步驟包含：將該鉬金屬粉末、該鉀化合物、及該鈉化合物與一液體組合以形成一漿體。
  9. 如申請專利範圍第8項之方法，其中提供一鉀化合物的一供應的步驟係包含提供鉬酸鉀的一供應，且其中提供一鈉化合物的一供應的步驟係包含提供鉬酸鈉的一供應。
  10. 如申請專利範圍第1項之方法，其中提供一鉀化合物之一供應的步驟包含：提供基本上由元素鉀、氧化鉀、及氫氧化鉀中之一或多者所構成的一供應。
  11. 一種用於生產乾摻合金屬粉末之方法，包含：提供鉬金屬的一粉末供應；提供鉬酸鉀的一粉末供應；研磨鉬金屬的該粉末供應及鉬酸鉀的該粉末供應中之至少一者，以降低該等粉末供應中之至少一者的顆粒尺寸； 組合鉬金屬的該粉末供應及鉬酸鉀的該粉末供應以形成乾摻合金屬粉末，該乾摻合金屬粉末包含有從約0.3重量%至約11.3重量%之存留鉀。
  12. 一種鉀/鉬複合金屬粉末產物，其包含一含鉀及鉬次顆粒之實質均質性次顆粒散佈物，該等鉀及鉬次顆粒係融合在一起以形成該複合金屬粉末的個別顆粒，該鉀/鉬複合金屬粉末包含有從約0.3重量%至約11.3重量%之存留鉀。
  13. 如申請專利範圍第12項之鉀/鉬複合金屬粉末產物，其具有約1.5g/cc至約3g/cc範圍中之史考特密度(Scott density)。
  14. 如申請專利範圍第12項之鉀/鉬複合金屬粉末產物，其中包含該複合金屬粉末產物之該等個別顆粒具有約1μm至約150μm範圍中之尺寸。
  15. 一種用於生產金屬物件之方法，包含：提供一鉀/鉬複合金屬粉末的一供應；在充分壓力下壓實該鉀/鉬複合金屬粉末以形成一預成形物件；將該預成形物件放置在一密封容器中；將該密封容器的溫度升高至一低於鉬的一最適燒結溫度之溫度；及使該密封容器受到一均力壓力達一段足以將物件密度增加至理論密度的至少約90%之時間。
  16. 如申請專利範圍第15項之方法，其中將該密封容器的溫度升高的步驟包含：升高該密封容器的溫度至約890℃至約1250℃範圍中之一溫度。
  17. 如申請專利範圍第15項之方法，其中使該密封容器受到一均力壓力的步驟包含：使該密封容器受到約102MPa至約205MPa範圍中之一均力壓力。
  18. 如申請專利範圍第15項之方法，其中使該密封容器受到一熱均力加壓的製程係進行一段約4小時至約8小時範圍中之時間。
  19. 如申請專利範圍第15項之方法，其中該壓實的步驟包含：使該鉀/鉬複合金屬粉末受到約67MPa至約1,103MPa範圍中之一單軸壓力以形成該預成形物件。
  20. 如申請專利範圍第15項之方法，其中該壓實的步驟包含：使該鉀/鉬複合金屬粉末受到約138MPa至約414MPa範圍中之一冷均力壓力以形成該預成形物件。
  21. 一種金屬物件，其藉由如申請專利範圍第15項之方法所生產。
  22. 如申請專利範圍第21項之金屬物件，其中該金屬物件包含一濺鍍靶材。
  23. 如申請專利範圍第21項之金屬物件，其中該鉀係以一至少約2重量%的量存在。
  24. 一種用於生產一光伏電池之方法，包含：提供一基材；沉積一鉬金屬層於該基材上；藉由濺鍍一包含一鉀/鉬金屬基質的靶材來沉積一鉀/鉬金屬層於該鉬金屬層上，來自該靶材之經濺鍍材料係形成該鉀/鉬金屬層； 沉積一吸收劑層於該鉀/鉬金屬層上；及沉積一接面伙伴層於該吸收劑層上。
  25. 一種用於生產複合金屬粉末之方法，包含：提供鉬金屬粉末的一供應；提供鉬酸鉀粉末的一供應；將該鉬金屬粉末及鉬酸鉀粉末與一液體組合以形成一漿體；將該漿體饋送至一熱氣體流內；及收回複合金屬粉末，該複合金屬粉末包含鉀及鉬。
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